Почему герметичные контакты работают надежнее обычных

Принцип работы геркона

Геркон (сокр. герметизированный контакт) – электромагнитное устройство, управляемое магнитным полем.

Свою широкую распространённость герметизированный контакт приобрел благодаря своим защитным свойствам от вредной окружающей среды. Благодаря тому, что контакт герметизирован, его используют во взрывоопасных средах, там, где обычные контакты применять нельзя из-за возникающей искры.

Конструкция геркона

Конструктивно геркон состоит из двух ферромагнитных проводников, заключенных в герметичную стеклянную колбу.

Внутри стеклянной колбы (капсулы) может находиться инертный газ (например, азот). Благодаря азоту повышается предел максимально коммутируемого напряжения, появляется возможность использовать его в электрических цепях 220 В . Вместо инертного газа капсула может быть вакуумизирована. Это позволяет геркону работать при напряжении в тысячи вольт.

Проводящие контакты изготовлены из ферромагнетиков и могут иметь напыление из стойкого к эрозии металла: иридия, рутения или родия. Это напыление позволяет многократно увеличить количество срабатываний (до 5 миллиардов раз).

Существуют герконы со “смачиваемыми ” ртутью контактами. Ртуть обеспечивает надежность срабатывания контактов и уменьшает их дребезг. Но такие герконы требуют установки в правильном положении, так как в противном случае, капли ртути могут соединить контакты даже при отсутствии воздействия магнитного поля.

По типу срабатывания различают замыкающие, размыкающие и переключающие герконы.

Принцип работы

Принцип работы геркона прост, но есть свои нюансы. При воздействии магнитного поля (например, от постоянного магнита), контакты геркона поляризуются и срабатывают (замыкаются, размыкаются или переключаются). Надежность включения зависит от ориентации магнита, каким полюсом он будет повернут, и как он будет приближаться к геркону.

Где используют герконы?

Герконы используются повсюду, например, в вашем ноутбуке. Когда вы опускаете крышку, при касании о корпус, срабатывает геркон и ноутбук переходит в спящий режим.

Во второй половине 20-го столетия широкое применение получили герконовые реле. Они использовались там, где не требовались большие рабочие токи, обеспечивая при этом высокую производительность и долговечность. Чаще они использовались в телефонной связи, в системах подсчета, а также в лифтовой промышленности.

Герконы также используют как бесконтактные датчики в системах сигнализации на окнах и дверях, как датчики положения, концевые выключатели и т.д.

Как датчики положения герконы в настоящий момент используются редко, по тому что на смену пришли датчики Холла.

Основные параметры и характеристики

Коммутируемая мощность, Вт – максимально коммутируемая мощность, не вызывающая повреждение геркона.

Диапазон коммутируемых токов, А – значения постоянного или действительные значения переменного токов, в пределах которых, может работать геркон.

Магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания, А – величина характеристики магнитного поля, при которой происходит срабатывание геркона. Единицы измерения в системе СИ – Ампер-витки.

Магнитодвижущая сила (МДС) отпускания, А – МДС при которой происходит отпускание контактов геркона.

Время срабатывания, мс – время которое проходит от момента приложения магнитного поля до замыкания контактов.

Контактное сопротивление, Ом – сопротивление геркона в замкнутом состоянии.

Резонансная частота, Гц – частота колебаний геркона, при которой начинается вибрация контактов, что приводит к снижению напряжения пробоя.

Герметичные контакты.

Контакты обычных реле работают в среде атмосферного воздуха, они загрязняются пылью парами металлов, покрываются окислами подвергаются влиянию различных атмосферных агрессивных газов, водяных паров. Все эти факторы понижают надежность их работы и износостойкость. Указанные явления можно ослабить или практически исключить, если поместить контакты в инертный газ или вакуум.

Одним из наиболее перспективных направлений усовершенствования контактных устройств особенно на малые токи и напряжения является разработка герметичных магнитоуправляемых контактов ГЕРКОНов

1-стеклянный баллон, заполнен инертным газом(азот аргон водород)

2,3- электроды , выполнены из магнитного материала, являются одновременно и магнитопроводом.

F- концы электродов в месте контактирования покрываются слоем благородного металла либо сплавом.

4- постоянный магнит, либо катушка.

Управление м.к. осуществляется магнитным полем, которое может создаваться либо катушкой либо постоянным магнитом, магнитный поток замыкается через электроды и воздушный зазор, замыкая контакты.

Размыкание контактов осуществляется за счет упругих свойств электродов. Таким образом, электроды выполняют функции контакта, магнитопровода и пружины.

Преимущества герконов

1). возможность работы в ус­ловия к повышенной влажности, запыленности и т. п.

2) простота конструкции, малые масса и габариты,

3) высокое быстродействие

4) отсутствие трущихся деталей и сложных кинематиче­ских пар обеспечивает надежную работу герконов в тече­ние 10 6 —10 8 циклов;

5) высокая электрическая прочность междуконтактного промежутка;

7) возможность управления как электромагнитным полем, так и полем постоянного магнита, что расширяет функ­циональные области применения герконов;

8) надежность работы в широком диапазоне температур(от -60 до +120 °С);

1)хрупкость стеклянного баллона, чувствительность к ударам и вибрации, что требует спец мер по амортизации места установки герконов;

2)значительное время вибрации контактов, которое может составлять до половины времени срабатывания;

Параметры контактных конструкций

Зазор— кратчайшее расстояние между разомкнутыми контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов.

Провал— расстояние, на которое сместится подвижный контакт , если при замкнутом положении подвижной системы убрать неподвижно закреплённый контакт. Этот провал даёт возможность создать дополнительное сжимающее усилие, т к контакты соприкасаются раньше, чем система перемещения контактов доходит до упора. Провал определяет запас на износ контактов при заданном числе срабатываний. По мере износа контактов уменьшается провал и дополнительное сжатие пружины.

Контактное нажатие— сила, сжимающая контакты в месте соприкосновения

Износ контактов:

Под износом контактов понимают разрушение рабочей поверхности коммутирующих контактов, приводящие к изменению их формы размера массы и к увеличению провала.

Износ под действием электрических факторов будем называть электрическим износом — эл. эрозией . Износ под действием мех. факторов рассматривать не будем он меньше электрического.

При размыкании сила сжимающая контакты снижается до 0, резко возрастает переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Площадка сильно разогревается и между расходящимися контактами образуется контактный перешеек из расплавленного металла, который в дальнейшем рвется. При этом в промежутке между контактами могут возникнуть различные формы электрического разряда: при токе и напряжении больше минимально необходимых значений (для меди 0.5А и 15В) возникает дуговой разряд.

Учитывая что наличие дуги существенно меняет характер и величину износа различают эрозию — износ контактов при малых токах, когда дуга отсутствует, и износ при больших токах при наличии дуги.

Износ контактов при малых токах

на расходящихся контактах между контактами возникает перешеек из расплавленного металла. Износ происходит вследствие распыления и разрыва контактов

Износ контактов при больших токах:

Износ происходит как при размыкании так и при замыкании и зависит от многих переменных факторов. Износ контактов зависит:

1. от числа размыканий прямо пропорционален числу размыканий

2. от напряженности магн. поля (при малых напряжённостях дуга находится в одних и тех же опорных точках, что приводит к увеличению износа. С ростом Н растёт скорость движения опорных точек дуги, контакты меньше нагреваются и оплавляются, износ снижается. Но при некоторой Н износ возрастает ( на расходящихся контактах между контактами возникает перешеек из расплавленного металла) : возрастают электродинамические силы так, что выбрасывается весь расплавленный металл из промежутка между контактами

3. от напряжений практически не зависит

4. от тока: износ растет с увеличением тока. При неизменных условиях зависимость близка к линейной.

5. от ширины контакта. При каждом отключении расплавляется, испаряется выгорает опред. кол-во металла. Это металл их площадок контактирования. Изменение кол-ва металла влияющего на износ в области касания может быть достигнуто за счет изменения ширины контактов

6. от скорости расхождения— практически не влияет. Только при малых скоростях расхождения контактов износ увеличивается.

7. при замыкании: имеет место эл. износ, который в ряде случаев превосходит износ при размыкании, он вызван дребезгом контактов возникающих при замыкании.

Дребезг возникает при соударении контактов происходит упругая деформация обоих контактов, приводящая к отбросу подвижного контакта – он отскакивает от неподвижного (как мячик). Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контактов. Этот процесс повторяется несколько раз. При каждом отбросе между контактами возникает эл дуга, вызывающая износ контактов.

1. о т соотношения мех. и тяговой характеристик аппарата:

скорость движения контактов определяется соотношением между механической и тяговой характеристиками. Чем больше запас тягового усилия 4 тем больше будет скорость, а следовательно будут большими удар и дребезг контактов.

При недостаточном тяговом усилии (2)происходит остановка подвижной системы в момент соприкосновения контактов, что так же приведет к повышению износа. Для обеспечения минимального износа тяговая характеристика должна обеспечивать четкое включение аппарата и не иметь чрезмерных запасов(3)

8.от начального нажатия: начальное нажатие на контакты в момент соприкосновения- эта сила которая противодействует отбросу контактов при их соударении. Чем больше эта сила, тем меньше будут отброс и дребезг, а значит и износ

9.От жёсткости контактной пружины. Повышение начального нажатия ограниченно тяговой характеристикой. Если начальное нажатие превосходит МДС втягивающей катушки и имеет место отброс всей подвижной системы, износ начинает возрастать (штриховая часть). При большой жесткости отброс контактов будет несколько меньшим, износ снизится.

При включении эл аппаратов в их контактных системах могут иметь место следующие процессы:

1. вибрация контактов (дребезг)
2. эрозия на поверхности контактов в результате образования эл разряда между ними

Дребезг контактов.

Процесс дребезга при соударении контактов может быть представлен следующим образом. В момент t = 0 произошло соприкосновение контактов (точка А), в цепи появился ток, напряжение на контактах упало до нуля и началось смятие материала и торможение контакта. В точке В подвижный контакт остановился. Началось упругое восстановление материала контактов и обратное движение подвижного контакта.

Если бы материал был абсолютно упругим, то контакт восстановился бы до первоначального, практически же будет наблюдаться некоторая остаточная деформация. В точке С упругое восстановление материала контактов прекратилось, но подвижный контакт по инерции продолжает отходить. Происходит разрыв контактов. Ток в цепи становится равным нулю, напряжение на контактах восстанавливается. Контакт отходит на расстояние x и под действием контактной пружины снова замыкается (точка D). Происходит повторное смятие материала и его восстановление, и так — несколько раз с затухающей амплитудой.

На рис.2 обозначено: хк — амплитуда колебаний контакта; хД — величина упругой деформации; х0 — остаточная деформация.

Рис.2. Дребезг контактов при замыкании

Если хк > хД, то произойдет разрыв цепи со всеми вытекающими последствиями. Такой дребезг является опасным.

При вибрации контактов происходит многократное образование электрической дуги, которое приводит к их сильному износу из-за оп­лавления и распыления материала контактов. В связи с износом контактов уменьшается усилие их нажатия во включенном положении, что приводит к повышению переходного сопротивления. При большом числе включении и отключений возможен быстрый выход контактов из строя.

Применяемые контактные материалы обладают достаточной упругостью, поэтому даже теоретически избежать дребезга контактов при их замыкании невозможно. В таком случае необходимо конструировать аппараты и их коммутирующие контакты так, чтобы дребезг контактов был неопасным.

Коэффициент восстановления для некоторых материалов

Поделочная сталь …………………. 0,5

Увеличение начального сжатия пружины или увеличение жесткости с контактной пружины ведут к снижению амплитуды дребезга. Увеличение тягового момента М, так же как и увеличение угловой скорости, ведут к повышению амплитуды дребезга.

Для снижения дребезга при замыкании применяют также искусственные меры, основанные главным образом на компенсации отбрасывающих усилий, возникающих при соударении контактов.

— При соответствующем подборе параметров системы (масса, жесткость пружин, скорость) можно достигнуть существенного снижения времени дребезга контактов и замыкания без дребезга.

1. за счет увеличения начального нажатия и
2. увеличения жесткости пружины,
3. уменьшения массы подвижных контактов и скорости их замыкания.
4. амортизация магнитной системы— между мостиковым контактом и ведущей траверсой помещается вкладыш из специального пористого материала (вроде пористой или губчатой резины). При ударном сжатии в момент касания контактов противодействующие усилия вкладыша весьма велики. Они препятствуют отбросу контактов. Дребезг снижается.
5. Снижение износа при замыкании может быть достигнуто за счет примененияпараллельных контактов (многоступенчатая контактная система) . Здесь каждым из контактов включается часть тока. Вследствие разновременного размыкания контактов при их дребезге, на размыкающемся контакте не возникает дуги, что приводит к снижению износа.
6. одновременность касания обоих контактов мостика. Достигнуть этого можно при самоустанавливающемся мостиковом контакте. Будучи зажат между двумя сферическими поверхностями, мостиковый контакт после некоторого числа включений принимает положение, при котором достигается одновременное касание контактов

Способы компенсации электродинамических сил в контактах

При коротком замыкании происходит не только резкое увеличение тока, но и увеличение переходного сопротивления контакта из-за ослабления контактного нажатия, вызываемого электродинамическими силами- электродинамического отброса. Возникающая при отбросе контактов дуга вызывает большое оплавление рабочих поверхностей и их сваривание при замыкании. В аппаратах на большие токи, в частности в автоматических выключателях, стремятся так выполнить контактную систему, чтобы компенсировать или ослабить действие электродинамических сил за счёт рычажных контактов, пружин, компенсаторов, удерживающих контакты за счёт усилий.

Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока вольт-амперная характеристика дуги должна на всем своем протяжении лежать вьше характеристики U — iR (как это показано на рис. ) и не иметь с этой характеристикой ни одной точки соприкосновения. Следует иметь в виду, что под вольт-амперными характеристиками дуги здесь надо понимать динамические характеристики.

ВОЛ.б) Контакты во включенном состоянии.

Для каждого материала существуют определённые, характерные для него падения напряжения на контактах, при которых температура контактного пятна достигает значений, определяющих фазовое состояние материала. Так как температуре рекристаллизации соответствует напряжение размягчения материала U _{р ,} а температуре плавления.—U _пл

Для надёжной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе падение напряжения на переходном сопротивлении R конт. было меньше U _р:: для расчета контактов на малые токи используется фор­мула :

I _ном R _конт ≤ (0,5…0,8) U _р

Герконы. Виды и устройство. Особенности и работа. Применение

Устройства коммутации, или контакты применяют в радиотехнике и электронных устройствах. В электромагнитном реле контакты – это ненадежная конструкция, имеются трущиеся детали из металла. Они изнашиваются, работоспособность реле снижается. Герконы – это магнитоуправляемые герметические контакты. Выключатели на герконах были придуманы для качественной эксплуатации, повышения срока службы. Первые устройства на основе герконов возникли в прошлом веке в 30-е годы, а изобретен геркон был в 1922 году.

В современное время герметические контакты применяются не слишком широко, их постепенно вытесняют датчики Холла. Но есть места, где геркон не имеет конкурентов, он простой в использовании, имеет сухой контакт, гальваническую развязку. До сих пор магнитоуправляемый контакт используется в электронике. Герконы устанавливают там, где нужна долговечность коммутации, надежность работы. Они входят в разные датчики, реле, позиционные выключатели.

Виды

Как и все контактные группы, герметические контакты разделяются на виды по функциям:

• Замыкающие.
• Переключающие.
• Размыкающие.

По технологии изготовления и конструкции, герконы разделяются на группы:

• Сухие.
• Ртутные.

Сухие магнитные контакты работают как обычные. В ртутных образцах внутри корпуса из стекла расположены контакты с капелькой ртути. Капля ртути нужна для смачивания контактов в работе, улучшения контакта, уменьшить сопротивление перехода, устранить дребезг контактов.

Дребезг – это вибрация контактной группы при срабатывании на замыкание или размыкание. При одной сработке возникает ложная коммутация сигнала передачи, повышается время срабатывания. Если дребезг окажется в усилителе звука при включении сигнала, то произойдет искажение звука, работа усилителя нарушится. При использовании геркона в цифровых микросхемах необходимо подавлять дребезг фильтрами RS триггеров или RC цепочек. Герконовые контакты используют в схемах микроконтроллеров, в которых дребезг герконов устраняют с помощью программ, что уменьшает скорость работы системы.

Устройство

Конструкция магнитоуправляемого контакта выполнена из стеклянного баллона. В баллоне расположены контакты, изготовленные из магнитных сердечников, которые приварены с торцов колбы. Наружные элементы магнитных сердечников подключены к сети питания. Это видно на схеме.

1. Колба стеклянная.
2. Контакт переключения.
3. Стационарный контакт.

Наиболее распространены замыкающие герметические контакты. У них контакты из проволоки прямоугольного сечения, с ферромагнитными свойствами. Также сердечники могут быть выполнены из пермаллоевой проволоки. Это зависит от размера и мощности герконового датчика. Покрытие контактов выполняют также из родия, золота и т.д.

В колбу закачивают инертный газ, либо создают вакуум. Это не позволяет развиваться коррозии и ржавчине в датчике геркона. При производстве герконов необходимо учитывать, что имеется промежуток между сердечниками.

Работа геркона

Простое реле с контактами замыкания имеет в составе два сердечника с контактами, имеющие повышенную магнитную проницаемость. Они находятся в герметичном баллоне из стекла, с инертным газом, либо смесь газов. Создается давление в баллоне 50 кПа. Среда инертности не дает окисляться контактам.

Баллон геркона ставится внутри управляющей обмотки, подключенной к постоянному току. При включении питания на реле образуется магнитное поле, проходящее по сердечникам контактов, по зазору и замыкается по управляющей катушке. Магнитный поток создает тяговую силу, соединяющую контакты друг с другом.

Чтобы сопротивление контактов сделать наименьшим, касающиеся поверхности покрыты серебром, радием, палладием и т.д. При выключении питания в катушке электромагнита геркона усилие исчезает, пружины размыкают контакты. В герконовых реле нет поверхностей трения деталей, контакты имеют много функций, выполняют работу магнитопровода, проводника и пружины.

Чтобы уменьшить габариты катушки магнита, повышают плотность тока. Применяют провод в эмали для намотки катушки. Детали геркона штампованные, соединения производятся пайкой или сваркой. В герконах используются магнитные экраны для снижения зоны состояния включения.

Пружины в герконовых реле установлены без дополнительного натяга, они включаются сразу, не тратя время на старт. Вместо электромагнита могут применяться также постоянные магниты. Такие герконы называются поляризованными. Усилие нажатия контактов герконового реле обуславливается магнитной силой катушки, в отличие от обычных электромагнитных реле, у которых усилие зависит от пружин.

На размыкание геркон работает по-другому. Система магнитов реле при действии электромагнитной силы намагничивают сердечники одноименно, которые отталкиваются между собой и размыкают цепь.

У геркона с переключением один из 3-х контактов замкнутый, выполнен из немагнитного металла. Остальные два контакта сделаны из ферромагнитного состава. Под действием магнитного поля разомкнутые контакты замыкаются, а замкнутый немагнитный размыкается. Хотя магнитное поле есть всегда, как поле Земли, но такого поля не хватает для срабатывания геркона, поэтому им пренебрегают.

Применение герконов

Герконовые датчики и выключатели используют:

• Медицинские приборы и аппараты коммуникации.
• Аппараты для подводников.
• Синтезаторы и клавиатуры.
• Тестирующие приборы, измерители.
• Приборы автоматики и безопасности.

В охранных системах датчики на герконах применяют в качестве реле. Охранный датчик включает магнит и геркон. Простейшее герконовое реле состоит из обмотки и геркона.

Достоинствами реле на герконах можно назвать:

• Небольшие габариты, простое устройство.
• Защита от влаги, подгорания контактной группы.
• Нет трущихся частей.

Такие датчики на герконах широко применяются, но в них имеются и недостатки, такие как подверженность к механическим повреждениям. Это большой минус для применения во многих системах.

В системах сигнализации герконы незаменимы. Установить датчик не составляет большого труда. Когда дверь закрыта, то контакт геркона замкнут. При открывании двери магнит, закрепленный на косяке, отходит от геркона, магнитная сила снижается, цепь питания размыкается. Это служит сигналом для срабатывания схемы оповещения.

Похожая ситуация с применением геркона в лифтах. Чтобы определить расположение кабины лифта, используют герконы. С помощью магнитов и геркона просто управлять оборудованием освещения. В счетчиках учета электроэнергии также присутствуют герконы.

Советы по использованию

При использовании герконовых реле или датчиков можно дать несколько советов, которые учитывают нюансы применения таких устройств:

• При монтаже герконов по возможности избегайте источников ультразвука, он может отрицательно влиять на электрические параметры датчика, изменять их.
• Находящийся рядом источник магнитного поля также может менять характеристики и свойства магнитного выключателя.
• Герконовые реле и датчики боятся ударов и механических повреждений. Инертный газ внутри датчика при ударе может выйти вследствие нарушения герметичности резервуара с газом. Это выведет геркон из строя.
• При осуществлении пайки необходимо руководствоваться предписаниями инструкции производителя герконового датчика.

Герсиконы

Реле на герконах имеет широкий разброс коэффициента возврата по причине погрешности технологии изготовления. Чтобы повысить номинальную мощность и ток коммутации в герконовые реле встраивают вспомогательные контакты для погашения дуги.

Такие реле получили название герсиконов, или силовых герметичных контактов. Промышленное производство выпускает герсиконы на силу тока до 180 ампер. У них частота коммутации достигает до 1200 включений в час. Герсиконами запускают асинхронные электродвигатели с номинальной мощностью до 3000 Вт.

Ферритовые герконовые реле

Это особый класс реле на герконах с ферритовыми сердечниками. Они имеют функцию памяти. Чтобы сделать переключение в герконах такого типа, нужно подать токовый импульс обратной полярности для того, чтобы размагнитить сердечник из феррита. Их называют запоминающими герметичными контактами, или гезаконами.

Преимущества реле на герконах:

• Абсолютная герметичность контактов дает возможность применять их в агрессивных средах, при условиях запыленности, влажности и т.д.
• Небольшие габариты, малый вес, простая конструкция датчика.
• Повышенная скорость работы дает возможность применять герконы при высокой коммутационной частоте.
• Безотказность эксплуатации в широком интервале температур (от -60 до +120 градусов).
• Широкая сфера применения в сочетании с функциональностью реле.
• Наличие гальванической развязки цепей коммутации и управляемости реле на герконах.
• Повышенная прочность электрических контактов.
• Продолжительный срок службы датчика.

Недостатки герконов:

• Малая чувствительность магнитов герконов.
• Излишняя восприимчивость устройства датчика к магнитным полям. Это требует защитных мер от воздействия магнитных сил.
• Баллон геркона из хрупкого материала, чувствительного к повреждениям и ударам.
• Мощность коммутации небольшая, как у герсиконов, так и у герконов.
• При больших токах контакты герконов самопроизвольно размыкаются.
• При работе на низкочастотном напряжении контакты размыкаются и замыкаются без контроля.

Похожие темы:

• Импульсные реле (Бистабильные). Виды и работа. Применение
• Модульные контакторы. Виды и применение. Типы и работа
• Виды реле и применение. Работа и назначение. Особенности
• Электромагнитные реле. Виды и работа. Устройство и применение
• Реле тока. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Применение
• Промежуточные реле. Виды и устройство. Работа и применение
• Сухой контакт. Виды и работа. Применение и особенности

Что такое герконы, как они устроены и работают

Краткая история создания герконов

Коммутационные устройства или просто контакты очень широко применяются в различной электрической и радиотехнической аппаратуре. С целью улучшения эксплуатационных свойств, прежде всего срока службы и надежности соединения и были разработаны магнитоуправляемые герметизированные контакты получившие название герконы.

Первые образцы таких контактов появились еще в 30 – е годы прошлого столетия, а первый магнитоуправляемый контакт был изобретен еще в 1922 году в Петербурге профессором В. Коваленковым, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР №466. Конструкция такого контакта показано на рисунке 1.

Устроен такой контакт следующим образом. К сердечнику 3 из магнитомягкого материала через изолирующие прокладки 5 прикреплены контакты 1 и 2, выполненные также из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку 4 в сердечнике 3 возникает магнитное поле и намагничивает контакты 1 и 2, которые замыкаются. Размыкание контактов происходит при прекращении тока через катушку.

Рисунок 1. Магнитоуправляемый контакт профессора В. Коваленкова

По сути это был самый первый магнитоуправляемый контакт, только без герметизирующей оболочки. В герметизирующую оболочку подобный контакт был впервые помещен американским инженером W.B. Ellwood лишь в 1936 году. В семидесятых годах прошлого столетия герконы достигли своего максимального развития, и нашли широкое применение в различных устройствах электронной техники.

В настоящее время герконы используются менее интенсивно, поскольку их «вытеснили» датчики Холла. Но в некоторых случаях герконы остались вне конкуренции, что обусловлено простотой применения, гальванической развязкой от источника питания, свойствами «сухого контакта», поэтому герконы до сих пор применяются в различных схемах и устройствах.

В тех случаях, когда требуется высокая надежность и долговечность коммутирующего элемента герконы просто незаменимы. Как составная часть герконы входят в конструкции различных датчиков, электромагнитных реле, особенно слаботочных, а также позиционных переключателей и некоторых других устройств.

Разновидности герконов

Так же, как и обычные контакты, герконы могут быть замыкающие (1 нормально — разомкнутый контакт), переключающие (1 переключающий контакт) и работающие на размыкание (1 нормально — замкнутый контакт). Это деление по функциональным признакам.

По признакам конструктивно — технологическим герконы делятся на две большие группы: с сухими контактами и с контактами ртутными. Первая разновидность так и называется сухими герконами, а вторая ртутными герконами. Собственно, в работе сухих герконов, по сравнению с обычными контактами, ничего особенного нет.

В ртутных герконах внутри герметичного стеклянного корпуса кроме контактов находится еще капелька ртути. Назначение этой ртутной капельки – смачивание контактов во время срабатывания для улучшения качества контакта за счет уменьшения переходного сопротивления, а кроме того для избавления от дребезга контактов.

Дребезгом называется вибрация контактов при замыкании и размыкании, что при однократном срабатывании приводит к многократной коммутации передаваемого сигнала, а кроме того к значительному увеличению времени срабатывания.

Представьте себе, что такой дребезг будет присутствовать в усилителе звуковых частот во время переключения входного сигнала! В случае, когда такой дребезжащий контакт работает совместно с цифровыми микросхемами, приходится принимать меры по подавлению дребезга в виде RC — цепочек или RS – триггеров.

Различные контакты, в том числе и герконовые, применяются и в современных микроконтроллерных схемах, но в них дребезг контактов подавляется программным способом. Это также снижает быстродействие системы в целом.

Конструкция герконов

Конструкция различных типов герконов представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 . Конструкция герконов

Все герконы представляют собой герметичный стеклянный баллон, внутри которого находится контактная группа. Контакты представляют собой магнитные сердечники, вваренные в торцы баллона. Наружные концы сердечников предназначены для подключения к внешней электрической цепи.

Наибольшее распространение получил геркон с контактной группой, работающей на замыкание или, как показано на рисунке «разомкнутый». Каждый контакт – сердечник выполнен из ферромагнитной упругой проволоки, которая расплющена до прямоугольной формы. Для изготовления сердечников применяется пермаллоевая проволока диаметром 0,5 — 1,3 мм в зависимости от мощности геркона и, соответственно, его габаритов.

Непосредственно контактирующие поверхности покрыты благородным металлом, золотом, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие не только уменьшает переходное сопротивление, но и способствует повышению коррозионной стойкости контактной поверхности.

Внутренне пространство баллона заполнено инертным газом (водородом, аргоном, азотом или их смесью) или просто вакуумировано, также способствует уменьшению коррозии контактов и повышению их надежности. При изготовлении сердечники располагают таким образом, чтобы между ними оставался зазор, кстати, определенного размера.

Принцип работы геркона

Для того, чтобы вызвать срабатывание контактной группы, необходимо вокруг геркона создать магнитное поле достаточной напряженности. При этом абсолютно не важно, как это поле будет создано, либо просто постоянным магнитом, либо электромагнитом. Силовые линии внешнего магнитного поля намагничивают внутренние контакты – сердечники геркона, в результате чего они преодолевают силы упругости, притягиваются и замыкают электрическую цепь.

В таком состоянии контакты будут находиться до тех пор, пока вокруг них есть магнитное поле достаточной напряженности: достаточно выключить электромагнит или убрать подальше обычный постоянный магнит, как контакты сразу разомкнутся. Следующее срабатывание контактов произойдет, когда магнитное поле появится вновь. Из всего сказанного можно сделать вывод, что контакты выполняют сразу три функции: упругих элементов (пружин), магнитопровода, и собственно проводящих контактов.

Несколько по-иному действует геркон, работающий на размыкание. Его магнитная система устроена так, что при воздействии магнитного поля контакты – сердечники намагничиваются одноименно, поэтому отталкиваются друг от друга, размыкая электрическую цепь.

У переключающего геркона один из трех контактов, как правило, нормально — замкнутый выполняется из металла немагнитного, а оба нормально – разомкнутых контакта из ферромагнитного, как было сказано чуть выше. Поэтому при воздействии на геркон магнитного поля нормально разомкнутые контакты просто замыкаются, а немагнитный нормально – замкнутый, оставаясь на своем первоначальном месте, размыкается.

Примечание. Нормально – разомкнутый контакт, это который разомкнут при отсутствии управляющего воздействия, в данном случае магнитного поля. Соответственно нормально — замкнутый контакт замкнут при отсутствии магнитного поля.

Конечно, магнитное поле присутствует всегда, например магнитное поле Земли. И нельзя, вроде бы, сказать про отсутствие магнитного поля совсем. Но магнитное поле Земли для срабатывания геркона недостаточно, поэтому им можно пренебречь и сказать об отсутствии магнитного поля, в данном случае внешнего.

Продолжение читайте в следующей статье.

• Как устроены компактные люминесцентные лампы
• Как устроены и работают солнечные батареи
• Как устроен электронный трансформатор

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, В помощь начинающим электрикам, Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями: